你肯定你真的瞭解redis系列文章第一篇

面試官：你說說redis經常使用數據結構有哪些呢?

面試者：String(字符串),list(鏈表),hash(哈希),set(集合),zset(有序集合)

面試官：那你說說redis的string的底層具體實現呢？

面試者：額？

首先咱們知道redis全部的數據結構都是以一個惟一的key來做爲名稱，而後經過這個惟一的key去獲取相應的value數據，不一樣的數據結構的差異就在於value的數據結構不同。

今天咱們就先從最簡單的string來作一些深刻的瞭解。字符串的使用很是的普遍，好比咱們常常用來緩存用戶的信息，將用戶的信息經過JSON序列化成一個字符串，而後經過用戶的id或者code來將序列化之後的json字符串緩存到redis中，當要使用的時候將json字符串從redis中獲取到，再通過一次反序列化之後就能夠獲取到用戶的信息了。

一:string相關的經常使用命令

1. set用來設置一個值，get用來獲取一個值，exists用來判斷一個key是否存在，del用來刪除key

   

2. 咱們知道網絡是很珍貴的資源的，有時候咱們爲了節省網絡開銷，咱們能想到的最直接辦法就是批量操做，redis也爲咱們提供了相應的批量操做命令mset和mget,進行批量的設置設置和批量獲取
3. 咱們還能夠對key設置過時時間，以及對set命令作一些擴展，例如setex命令在設置值的時候，順便設置一個過時時間，或者是setnx命令，只有當一個key不存在時才能設置成功，否者失敗，對於setnx命令咱們最多見的一個應用場景就是分佈式鎖了。這個咱們後面文章再專門討論這個。
4. 計數，對於value是數字類型的，咱們還可使用incrby命令，對當前的值進行自增操做，固然這個自增操做是有範圍的，它的最大值是signed long的最大值，若是超過這個值，redis就會報錯。對於計數咱們最多見的一種用法就是用來生成分佈式主建，全部服務都使用同一個能夠而後進行自增，這樣就能得到一個全局惟一併且不重複的id了。

   

二:上面咱們對redis的string數據結構的使用和常見命令有了一些瞭解以後，咱們接下來就能夠對string的底層數據結果作一些深刻了解了。

1. Redis的字符串名爲SDS，全稱爲simple dynamic String,結構是一個帶長度信息的字節數組。

   struct SDS<T> {  T capacity; // 數組分配的容量 T len; // 實際數據的長度 byte flags; byte[] content; // 真的的數據是存在這個字節數組裏面的。

   }

   capacity表示的是當前分配的字節數組的長度，而len表示的是當前字符串的真實長度，當初始化的時候，capacity和len是同樣大的，可是在後期進行分配的時候，就會出現下圖的狀況capacity大於len，具體緣由是當字符串的長度小於1M的時候，容量增長都是加倍現有的空間，當實際長度超過1M之後，實際擴容的時候，只會增長1M的空間，爲何這麼操做呢？是由於若是數組沒有多餘的冗餘空間，那麼當在追加內容的時候，就必需要分配新的數組，而且將舊數組的內容拷貝過去，再追加內容，這樣就分配內存和複製的開銷就會比較大，因此採起了一種空間換時間的作法。可是須要咱們注意的是，字符串的容量最大不能超過512M。

   上面咱們說到的是redis的string的數據結構，其實只是它的具體數據的存儲結構，對於redis來講，每種數據結構都有一個相同的結構頭，結構頭的具體內容以下:

   struct RedisObject {    int4 type; // 4bits,用來表示不一樣的對象，好比字符串，鏈表，集合，哈希，有序集合等 int4 encoding; // 4bits ，用來表示不一樣的存儲結構，好比一樣的都是字符串，

   可是若是字符串的大小不等，那麼結構也會有些差異 int24 lru; // 24bits  用來記錄當前對象的lru信息 int32 refcount; // 4bytes 對象的引用計數，

   當對象的引用計數爲0的時候，對象就會被銷燬，內存被回收 void *ptr; // 8bytes，64-bit system} robj; //指向實際存儲數據的指針，

   好比指向咱們上面提到的那個sds

   那麼爲何要設計一個對象頭呢？實際上是由於，咱們對於一樣的數據結構，

   若是它存儲的內容的大小不同，咱們須要有不一樣的存儲方式，存儲方式須要有個地方

   來保存，那麼咱們天然就想到設計一個公共頭，來保存這些信息，可能這麼說，

   你們不是很理解，不要緊我給你們舉個實際例子，一下就明白了。

   咱們看到上面，咱們都是string數據結構，可是當咱們的vlaue的大小不同的時候，conten的內容不同，表示存儲的結構不同。

2. remstr和raw是string的兩種存儲格式，它們具體有什麼區別呢？仍是直接上圖。

   

   

   從上圖咱們能夠看到，embstr這種存儲結構，是將對象頭和數據部分直接分配在一個連續內存空間裏面的，而raw這種數據結構，是分配了兩個內存空間，它們在內存上是不連續的。那麼問題來了？何時使用embstr存儲格式，何時使用raw存儲格式呢？答案下面揭曉。

   首先咱們先計算一下即便不存儲任何內容的embstr字符串須要多少內存呢？RedisObject+SDS，首先RedisObject須要(4+4+24+32+64)/8=16個字節，而SDS即便不存儲任何內容也須要3個字節的內容，最少也須要16+3=19個字節.其次咱們知道操做系統使用jmalloc和tmalloc進行內存的分配，而內存分配的單位都是2的N次方，因此是2,4,8,16,32,64等字節，爲了可以容納一個embstr，因此操做系統最少也要分配32個字節的空間，可是這樣的話，可以存儲的內容也太少了，根本知足不了平常使用，因此默認直接分配64個字節，在redis中，若是一個總體佔用超過了64個字節空間的字符串，redis就認爲是一個大字符串，使用raw格式了，那麼在64個字節的狀況下，除去其餘部分佔用的19個字節，還剩下45個字節可以使用，可是redis方便glibc函數的使用，以及方便調試和打印，在字符串內容的末尾加上了一個\0的佔位符，因此實際可以使用的只有44個字節。因此咱們得出結論，embstr可以最多存儲4個字符串的內容。固然這些都是基於redis4.0版本獲得的，其餘版本由於結構不同，可能獲得的結論不同，可是上面的內容你們不用刻意去記憶，瞭解一下就好。

三：總結一下，redis的string底層數據結構使用的是sds，可是sds有兩種存儲方式，一種是embstr，一種是raw，它們的區別在於，是否和redisObject對象頭分配在一個連續的空間裏面。當總體佔用空間超過1M的時候，使用raw格式，當小於1M的時候使用embstr，而embstr最多可以存儲44個字節的內容。固然對於redis來講，string的value最大不能超過512M。